estudio de bloques de tierra comprimida, btc

7/21/2019 Estudio de Bloques de Tierra Comprimida, BTC

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

ESTUDIO DE BLOQUES DE TIERRA COMPRIMIDA, BTC

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

CSAR ALEJANDRO APABLAZA SANHUEZA

-2012-


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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACINDEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

Estudio de Bloques de Tierra Comprimida, BTC

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

CSAR ALEJANDRO APABLAZA SANHUEZA

-2012-


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DEDICATORIA

El presente trabajo de ttulo se la dedico con todo mi amor y cario a Dios y a mi familia

que gracias a sus concejos y palabras de aliento crec como persona. A mis padres y hermana por

su apoyo, confianza y amor, gracias por ayudarme a cumplir mis objetivos como persona y

estudiante. Ser un profesional es el sueo de toda persona, gracias por estar siempre conmigo.

Te amo pap, mam y hermana.


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AGRADECIMIENTOS

Primero que todo, quiero dar las gracias a Dios por entregarme la bendicin de estar vivo,

la posibilidad de adquirir nuevos conocimientos, experiencias y la sabidura necesaria que me

llevan hoy a culminar una de las etapas ms importantes de mi vida, se que sin su ayuda no

hubiera logrado estar en esta instancia y no sera la persona que soy hoy en da.

Dios me entrego la bendicin de tener una familia espectacular, que me apoyaron en cada

paso y meta propuesta. Gracias a mis padres Csar Apablaza Osores y Jeanette Sanhueza Toledo,

por todo su apoyo y ayuda entregada en todos estos aos de esfuerzo y aprendizaje, se que sin

ellos muchas cosas hubieran sido un peso durante el desarrollo de mis estudios. Gracias por ser

un pilar fundamental en mi vida, los amo.

A su vez, adems de mi familia, Dios me ha dado la bendicin de entregarme buenos

amigos, compaeros y de gente a mi alrededor que han sido un gran apoyo en distintos momentos

y maneras durante mi vida. Gracias a mis grandes amigos de siempre por estar conmigo

incondicionalmente, por su apoyo y momentos de grandes alegras y de distraccin.

Para finalizar, en el tema acadmico, agradezco a todos mis profesores que fueron un gran

aporte en el desarrollo profesional de mi persona, tanto en clases como fuera de ella, por toda la

sabidura y experiencia compartida, en especial a los profesores Juan Pablo Crdenas, Mauricio

Hermosilla, Bernardo Valdebenito y Rodrigo Osses, por su apoyo en el desarrollo de este trabajo

de ttulo. Gracias al personal del Laboratorio de Obras Civiles por la ayuda prestada para el

desarrollo de mis ensayos y por el conocimiento compartido durante todo este proceso.


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INDICE DE CONTENIDOS

CAPTULO 1.- INTRODUCCIN.

1.1 Descripcin de Problema.................................................................................................. 1

1.2 Antecedentes Generales.................................................................................................... 21.3 Objetivos........................................................................................................................... 3

1.3.1 Objetivo General........................................................................................................ 3

1.3.2 Objetivos Especficos................................................................................................ 3

CAPTULO 2.- CONTEXTUALIZACIN Y CONCEPTOS.

2.1 Contextualizacin. ............................................................................................................ 5

2.2 Conceptos.......................................................................................................................... 9

2.2.1 Suelos de Cenizas Volcnicas del Sur de Chile........................................................ 9

2.2.2 Mecnica de Suelos................................................................................................. 102.2.3 El Suelo como Material de Construccin................................................................ 11

2.2.4 Beneficios de la Tierra Comprimida....................................................................... 12

2.2.5 Bloques de Tierra Comprimida (BTC).................................................................... 13

2.2.6 Partes Constituyentes de los BTC........................................................................... 14

2.2.7 Mezcla. .................................................................................................................... 18

2.2.8 Prensa. ..................................................................................................................... 19

2.2.9 Curado. .................................................................................................................... 20

2.2.10 Ventajas de los Bloques de Tierra Comprimida...................................................... 212.2.11 Caractersticas de los Bloques de Tierra Comprimida............................................ 22

2.2.12 Caractersticas de los Ladrillos Cermicos Artesanal............................................. 23

2.2.13 Metodologa Estadstica. ......................................................................................... 23

CAPTULO 3.- METODOLOGA.

3.1 Generalidades.................................................................................................................. 27

3.2 Materiales e Equipos a Utilizar....................................................................................... 29

3.2.1 Caracterizacin de los Materiales............................................................................ 29

3.2.2 Equipos e Implementos. .......................................................................................... 323.3 Eleccin del Mtodo de Dosificacin............................................................................. 36

3.3.1 Diseo Experimental Mediante el Mtodo Taguchi L934........................................ 37

3.3.2 Proporcionalidad de las Variables........................................................................... 38

3.3.3 Cantidad de Muestra................................................................................................ 39

3.4 Ensayos de Mecnica de Suelo....................................................................................... 40

3.4.1 Lmites de Consistencia........................................................................................... 40


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3.4.2 Clasificacin de Suelo............................................................................................. 40

3.4.3 Densidad de Partculas Solidas................................................................................ 41

3.4.4 Granulometra de Suelo........................................................................................... 41

3.4.5 Humedad.................................................................................................................. 41

3.4.6 Proctor o Relacin Humedad/Densidad.................................................................. 41

3.5 Mtodos para la Elaboracin de Bloques de Tierra Comprimida.................................. 42

3.5.1 Preparacin de la Mezcla......................................................................................... 42

3.5.2 Fabricacin de los Bloques...................................................................................... 48

3.5.3 Desmolde de los Bloques. ....................................................................................... 49

3.5.4 Curado de los Bloques............................................................................................. 51

3.5.5 Dimensiones y Tolerancias...................................................................................... 51

3.6 Ensayos a los Bloques de Tierra Comprimida................................................................ 54

3.6.1 Resistencia a la Compresin.................................................................................... 54

3.6.2 Absorcin de Agua.................................................................................................. 553.6.3 Succin. ................................................................................................................... 55

3.7 Anlisis Estadstico......................................................................................................... 55

3.7.1 Anlisis de Varianza (ANOVA).............................................................................. 55

3.8 Resumen de la Metodologa para BTC........................................................................... 56

CAPTULO 4.- RESULTADOS.

4.1 Generalidades.................................................................................................................. 58

4.2 Resultados Matriz Taguchi L934..................................................................................... 60

4.3 Ficha de Resultados Ensayos Mecnica de Suelo........................................................... 614.4 Ficha de Resultados Ensayos Resistencia a la Compresin, Absorcin y Succin........ 62

4.5 Resultado Anlisis de Varianza (ANOVA).................................................................... 71

4.6 Tablas y Grficos Resmenes......................................................................................... 72

CAPTULO 5.- ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS.

5.2 Resistencia a la compresin............................................................................................ 78

5.2.1 Cumplimiento de Resistencia segn NCh2123....................................................... 80

5.2.2 Densidad Aparente. ................................................................................................. 82

5.2.3 Influencia de las Variables en la Resistencia a la Compresin............................... 835.3 Absorcin de Agua. ........................................................................................................ 83

5.4 Succin............................................................................................................................ 86

CAPTULO 6.- CONCLUSIONES Y COMENTARIOS.

6.1 Conclusiones................................................................................................................... 90

6.2 Comentarios y/o Recomendaciones................................................................................ 91

BIBLIOGRAFA......................................................................................................................... 93


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ANEXOS. ..................................................................................................................................... 95

A. TERMINOLOGA. ............................................................................................................ 96

B. DIFICULTADES Y CASOS EN LA FABRICACIN................................................... 100

C. PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS APLICADOS A BTC........................................ 105

D. OBTENCIN DE RESULTADOS.................................................................................. 132

E. ANLISIS QUMICO DEL SUELO............................................................................... 159

F. TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE EL CURADO....................................... 161


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INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Proporcin optima de los componentes del suelo. (Manual BTC, 2006) ...................... 15Tabla 2.2 Porcentaje que pasa segn el tamiz a utilizar. (Manual BTC, 2006)............................ 15Tabla 2.3 Rangos aceptables de ensayos. (Manual BTC, 2006)................................................... 15

Tabla 2.4 Especificaciones mnimas de los bloques a los 7 das. (Manual BTC, 2006)............... 22Tabla 2.5 Especificaciones mnimas para ladrillos cermicos artesanales. (NCh2123)............... 23Tabla 3.1 Dimensiones del molde a utilizar.................................................................................. 34Tabla 3.2 Variables dependientes e independientes en estudio..................................................... 37Tabla 3.3 Arreglo ortogonal L93

4con 3 replicaciones por punto de diseo.................................. 38Tabla 3.4 Indicador de variables y niveles, para BTC................................................................... 39Tabla 3.5 Cantidad de muestras a utilizar para cada ensayo......................................................... 40Tabla 3.6 Anlisis de Varianza (ANOVA).................................................................................... 55Tabla 4.1 Resultados arreglo ortogonal L93

4................................................................................. 60Tabla 4.2 Resultados Anlisis de Varianza (ANOVA)................................................................. 71Tabla 4.3 Resumen de resultados a la resistencia a la compresin. .............................................. 72

Tabla 4.4 Resumen de resultados a la absorcin de agua.............................................................. 73Tabla 4.5 Resumen de resultados a la succin.............................................................................. 74

Anexos:

Tabla C.1 Sistema de Clasificacin de Suelos AASHTO. (Apuntes laboratorio de suelos UFRO,profesor Rodrigo Osses). ......................112

Tabla C.2 Sistema de clasificacin de suelos USCS. (Apuntes laboratorio de suelos UFRO,profesor Rodrigo Osses)... ........................113

Tabla C.3 Cantidad mnima de muestra para granulometra segn tamao mximo absoluto delsuelo. (MC 8.102.1 volumen N8)......... .116

Tabla C.4 Serie de tamices elegidos. (MC 8.102.1 volumen N8)...... .. 118

Tabla C.5 Tamao de la muestra de ensayo. (NCh1515). ..120

Tabla C.6 Tiempo de curado de las muestras previas a la compactacin. (NCh1534/2) . . .122

Tabla D.1 Corroboracin de humedad aplicada. . 156


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INDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Casa Pinariega en Navapalos, Soria............................................................................... 7Figura 2.2 Esquema de las tecnologas con suelo ms tradicionales. (Vlez, 2000) ....................... 8Figura 2.3 Tipos de prensas para aplicacin de cargas: Cinva Ram e hidrulica........................ 20

Figura 3.1 Cal hidratada 1 kg marca Puma................................................................................... 32Figura 3.2 Molde antiguo presente en LOCUF, utilizado en la tesis de Suelo-Cemento.............. 34Figura 3.3 Diseo del nuevo molde realizado en Sketchup, indicando sus modificaciones. ........ 34Figura 3.4 Molde de acero fabricado en la Maestranza JAAR...................................................... 35Figura 3.5 Prensa hidrulica con indicador de carga aplicada. ..................................................... 36Figura 3.6 Tamices normalizados ASTM N10 y N4 y harnero presentes en LOCUF. .............. 43Figura 3.7 Proceso de secado del suelo, por humedad excesiva a su llegada a LOCUF.............. 43Figura 3.8 Proceso de tamizado del suelo para su posterior utilizacin. ....................................... 44Figura 3.9 Proceso previo, incorporacin de humedad al suelo.................................................... 45Figura 3.10 Almacenamiento previo del suelo y cal..................................................................... 46Figura 3.11 Proceso de mezclado de las partes constituyentes. .................................................... 47

Figura 3.12 Proceso de fabricacin de BTC.................................................................................. 49Figura 3.13 Proceso de desmolde de los bloques.......................................................................... 50Figura 3.14 Proceso de curado de BTC......................................................................................... 51Figura 3.15 Dimensiones y Superficie. (Norma UNE sobre BTC, 2007)..................................... 52Figura 3.16 Identificacin de dimensiones a lo largo, ancho y alto del bloque. (NCh168) .......... 53Figura 4.1 Esquema de distribucin de la series BTC................................................................... 72Figura 4.2 Resumen de resultados de resistencia a la compresin por serie. ................................ 73Figura 4.3 Resumen de resultados de absorcin de agua por serie. .............................................. 74Figura 4.4 Resumen de resultados de succin por serie. ............................................................... 75Figura 5.1 Influencia de la humedad en la resistencia a la compresin. ....................................... 78Figura 5.2 Influencia del curado en la resistencia a la compresin. .............................................. 79

Figura 5.3 Influencia del estabilizante en la resistencia a la compresin...................................... 79Figura 5.4 Influencia de la carga aplicada en la resistencia a la compresin. ............................... 80Figura 5.5 Resistencia a la compresin en comparacin a lo mnimo esperado en un ladrillocermico artesanal. ........................................................................................................................ 81Figura 5.6 Relacin entre densidad aparente y resistencia........................................................... 82Figura 5.7 Influencia de las variables independientes en la resistencia. ....................................... 83Figura 5.8 Influencia de la humedad en la absorcin de agua. ...................................................... 84Figura 5.9 Influencia del curado en la absorcin de agua. ............................................................ 84Figura 5.10 Influencia del estabilizante en la absorcin de agua.................................................. 85Figura 5.11 Influencia de la carga aplicada en la absorcin de agua. ........................................... 85Figura 5.12 Influencia de la humedad en la succin..................................................................... 86

Figura 5.13 Influencia del curado en la succin............................................................................ 87Figura 5.14 Influencia del estabilizante en la succin................................................................... 88Figura 5.15 Influencia de la carga aplicada en la succin............................................................. 88


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Anexos.

Figura B.1 Dificultad en la fabricacin de la serie BTC8.102

Figura B.2 Dificultad en la realizacin del ensayo de absorcin......103

Figura B.3 Razn de la obtencin de resultados negativos en las series ensayadas a la

succin... 104Figura C.1 Procedimiento para determinar lmite lquido (LL) y lmite plstico (LP)...... 109

Figura C.2 Tamices utilizado en el ensayo de granulometra de suelo.117

Figura C.3 Procedimiento para determinar la granulometra de suelo..119

Figura C.4 Procedimiento para determinar la humedad del suelo....121

Figura C.5 Ensayo de relacin humedad / densidad....123

Figura C.6 Ensayo de la bola.... 124

Figura C.7 Procedimiento para determinar la resistencia a la compresin...127

Figura C.8 Procedimiento para determinar la absorcin de agua.129

Figura C.9 Esquema de ensayo de succin. (NCh167).130

Figura C.10 Procedimiento para determinar la succin....131

Figura F.1 Condiciones de temperatura y humedad durante el curado.162


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RESUMEN

Los bloques de tierra comprimida (BTC) estn actualmente siendo estudiados en gran

parte del mundo con diferentes estabilizantes para mejorar diversas de sus caractersticas. Esta

situacin es debida a la importancia que tiene el suelo en el planeta como material de

construccin. Su fcil disponibilidad, bajo costo e inercia trmica hacen del suelo una materia

prima fundamental para las viviendas de ciertas poblaciones en el mundo.

As mismo se ensayaron bloques para establecer la influencia de la compactacin

mecnica y de la cantidad de agua en los BTC para considerar un equilibrio entre la resistencia y

la trabajabilidad de la mezcla. Durante la redaccin del trabajo de ttulo se repasa la importancia

del suelo en la construccin y las principales tcnicas que han usado a lo largo de la historia parasentar las bases de los BTC actuales.

Para comenzar con el estudio fue necesario la realizacin de ensayos de mecnica de

suelo, para de esta manera tener en consideracin las caractersticas del suelo a utilizar. Los

ensayos realizados fueron los lmites de atterberg, clasificacin de suelo, densidad de partculas

slidas, granulometra de suelo, proctor o relacin humedad/densidad y humedad, procedimientos

realizado segn lo dispuesto en las normas correspondientes.

Se estableci las variables independientes y dependientes para el estudio. En el caso de las

independientes las ms importantes fueron la humedad, tiempo de curado, estabilizante y carga

aplicada y para las dependientes fueron los ensayos a la resistencia a la compresin, absorcin de

agua y succin.

Establecidas las variables, es necesario realizar un anlisis estadstico mediante la

metodologa Taguchi y de esta manera determinar la mejor combinacin de las variables paraproducir bloques de ptima calidad y a su vez la cantidad de muestras a ensayar, separadas en 9

series distintas.


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Una vez que se tiene a disposicin los materiales e equipos que sern utilizados para la

fabricacin de los bloques, se estableci un mtodo para la elaboracin de los mismos.

Primero que todo, el suelo fue sometido al proceso de tamizado mediante el tamiz N 4,

en caso que el material llegase a una humedad alta, era necesario secarlo en el horno a untemperatura de 60C. Luego se realiz la mezcla de las partes constituyentes con las proporciones

de las variables, para posteriormente almacenarla en el molde y aplicarle la compresin

mediante la prensa hidrulica.

Despus de la fabricacin de cada uno de los bloques de las 9 series, se debe dejar

curando segn el tiempo establecido en las variables, posterior a este periodo se ensayan segn lo

establecido en la NCh167 del ladrillo cermico a la resistencia, absorcin y succin. Los

resultados son analizados mediante un mtodo estadstico conocido como anlisis de varianza

ANOVA, el cual entrega la influencia de cada una de las variables independientes en estudio

sobre los ensayos aplicados a BTC.

En la resistencia, los resultados ms importantes fueron las influencias de las variables, en

donde se estable que la humedad, tiempo de curado, cal y carga aplicada influyen en un 56, 9, 13

y 19% respectivamente. Se destaca las dificultades durante el proceso y casos en donde se

obtuvieron datos distorsionados. Se establecen varias recomendaciones y comentarios sobre eldesarrollo de este trabajo de ttulo, considerando los resultados y los objetivos propuestos.


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CAPTULO1.INTRODUCCIN.


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Captulo 1. Introduccin.

Estudio de Bloques de Tierra Comprimida, BTC. Pgina 1

1.1 Descripcin de Problema.

Exposicin General y Actual del Problema.

Desde los aos 80 ha tenido gran difusin en todo el mundo el uso de bloques de tierra

comprimida (BTC). Despus de la primera y segunda guerra mundial se origino en Colombiadesde 1952 un rpido proceso de urbanizacin, gracias al movimiento de la poblacin rural hacia

las ciudades, que trajo consecuencias. En Colombia se comenz a desarrollar un plan integral

basado en procesos integrados y continuos en materia de vivienda, razn por la cual los BTC

comenzaron a desarrollarse como un producto de investigacin del Centro Interamericano de

Vivienda (CINVA) para producir materiales de construccin de bajo costo, sin embargo en

nuestro pas no hay estudios de comportamiento adecuado de esta tecnologa. (Rodriguez, 2008)

El BTC es un material de construccin fabricado con suelos, que es comprimido y moldeado

utilizando una prensa mecnica, es un sustituto del ladrillo corriente en actividades de

construccin y se utiliza en la construccin de muros apilndolo manualmente. Para el proceso de

compactado del suelo y despus de una investigacin naci la prensa CINVA-RAM, la cual

entrega la compresin suficiente para moldear un bloque y una vez curado emplearlo en la

construccin de viviendas.

Ahora bien, a nivel regional no existen estudios de bloques de tierra comprimida de

materiales locales, que tengan menos impacto, evaluando sustentabilidad en el rea econmica,

social y ambiental. Haciendo muy necesario el estudio de la durabilidad y variables que permitan

evaluar la sustentabilidad de este sistema y permita de esta manera optimizar la construccin de

bloques de suelo compactado segn normativa vigente.

En Chile la utilizacin de bloques de suelo se utilizaba antiguamente con gran auge en la

zona norte y central, pero con la incorporacin de nuevos procesos constructivos como la maderay el ladrillo este fue perdiendo importancia en cuanto a su uso. Con el fin de optimizar y

aumentar el abanico de materiales constructivos es que es necesario recuperar la utilizacin del

suelo como mtodo de construccin, aprovechando las grandes ventajas que este posee, tanto a

nivel ambiental, econmico y de resistividad.


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Aproximadamente un 65% de la tierra de nuestro planeta puede ser usado para hacer Bloques

de Tierra Comprimida. El costo que significa construir con BTC depende exclusivamente del

lugar geogrfico en donde se emplazara dicha infraestructura, en el sur del planeta presenta

mayor disponibilidad de materiales pero su utilizacin es muy baja, teniendo en consideracin

las ventajas que este posee, se eliminara y reducira en gran medida el costo del material y eltransporte de este si se masificara su uso en esta zona. Considerando que para disear una

vivienda pequea se requiere aproximadamente 5000 BTC y la prensa manual puede producir

100 BTC por hora, aproximadamente unos 800 BTC por da; con el trabajo de 7 personas, no es

recomendable usarlo en sectores cuya factibilidad de encontrar las materias primas es reducida,

debido al costo que sera su transporte. (Instituto Tierra y Cal A.C)

1.2

Antecedentes Generales.

Los Bloques de Tierra Comprimida como tecnologa constructiva, mejora considerablemente

al adobe, que fue el material ms usado antiguamente en Chile. Es un sistema que produce de

forma artesanal bloques de tierra cruda (proporciones estndar y modulares), utilizando una

prensa con la cual se logra comprimir el suelo.

La tecnologa de BTC es una mejora de los antiguos mtodos de construccin con tierra, son

hechos de arcilla, arena y pudiendo ser estabilizados, no son txicos, son amigables al ambiente,

renovables, aislantes del sonido, a prueba de fuego, incluso a prueba de balas, etc. (Instituto

Tierra y Cal A.C)

Entrega un gran beneficio para las personas de menos recursos ya que su costo es

significativamente menor que al usar cemento. El BTC puede o no ser estabilizado con pequeas

cantidades de cal y/o cemento o proteger los BTC sin estabilizar con aplanados de cal. En

trminos de beneficios a la salud, accesibilidad, durabilidad y eficiencia energtica es superior alas construcciones hechas a base de concreto y madera. Proporcionan un sistema natural de

calentamiento y enfriamiento, incrementando el confort para sus habitantes. (Instituto Tierra y

Cal A.C)


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Esta tecnologa es amigable al ambiente y usada ya sea en pequeas o grandes aplicaciones.

La dependencia a los recursos forestales es en gran medida eliminada y el consumo de energa en

la produccin muchas veces es menos de lo que requieren los ladrillos cocidos y de concreto.

(Instituto Tierra y Cal A.C)

Una construccin con BTC es saludable tambin para todo el planeta. La tierra es el principal

ingrediente de los BTC, toman menor energa para su construccin, no afecta al calentamiento

global, no genera desforestacin que es un problema para el planeta como es el uso de otros

materiales. Adems los hogares con BTC, al contar con materiales que proporcionan cierto

aislante a las condiciones climticas, hacen que los costos energticos en climas o calefactores se

reduzcan. (Instituto Tierra y Cal A.C)

1.3 Objetivos.

1.3.1 Objetivo General.

Desarrollar bloques de tierra comprimida fabricados con suelo local como alternativa deconstruccin.

1.3.2 Objetivos Especficos.

Establecer un procedimiento para confeccionar bloques de tierra comprimida.

Estudiar las principales variables que inciden en el comportamiento mecnico y tcnico.

Caracterizar los bloques segn normativa aplicada a ladrillo cermico artesanal.


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CAPTULO2.CONTEXTUALIZACIN Y CONCEPTOS.


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Captulo 2. Contextualizacin y Conceptos.


2.1Contextualizacin.

Como en casi todas las reas o aspectos relevantes, si hace un par de ao se pensaba que

estaban ocurriendo cambios importantes en la construccin, relacionados con la bsqueda de

nuevos materiales como alternativas de uso, Chile poco a poco se ha actualizado en estos

avances, si estas nuevas tecnologas son positivas y convenientes para implementarlas, comienza

la bsqueda de procesos y aplicaciones en el plano local de estos avances. Chile por estar en el

sur del planeta y rodeados de volcanes, se considera un lugar en donde se concentra unos de los

mejores suelos a nivel mundial, es por esta razn que es necesario la utilizacin de este recurso a

nivel local por sus grandes caracterstica.

La creciente conciencia ecolgica a nivel internacional, unida a la revisin y actualizacin

tecnolgica de muchas tecnologas tradicionales de construccin est trayendo comoconsecuencia la revivificacin de recursos valiosos que ya se pensaban permanentemente

descartados.

El suelo es uno de los materiales de construccin ms antiguos de la humanidad. Por

decenas de siglos, el hombre ha mezclado arena y arcilla con paja para moldear ladrillos que deja

secar al sol, y que se conocen en muchos pases como adobes. An hoy, ms del 50 % de la

poblacin del mundo construye sus viviendas con suelo, en distintas formas y con diferentes

tcnicas. Mientras que muchos pases han promovido el uso de "materiales modernos", caros e

inadecuados en detrimento de los diseos arquitectnicos tradicionales. (Vlez, 2000)

Aunque la construccin de viviendas con suelo es una tradicin arraigada en el medio

rural, donde existe un vasto patrimonio as edificado, durante las ltimas dcadas, apenas se

construyen nuevas viviendas de tierra dado el acelerado xodo y envejecimiento de la poblacin

rural, los prejuicios contra el material, la prdida del saber-hacer popular y la aplicacin de

nuevos sistemas de construccin industrializados.

No obstante, el empleo de nuevos materiales en el medio rural no siempre se integra bien

en el paisaje, en un momento en que ste ha pasado a ser considerado por las economas rurales

como un recurso de vital importancia.


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La necesidad de conservar las construcciones con suelo en los pueblos, hace necesario un

esfuerzo de investigacin y anlisis de las soluciones tradicionales, basadas en un legado

evolutivo centenario. As mismo, la aparicin de bloques comprimidos de caractersticas

mecnicas apreciables y los estudios realizados sobre estabilizacin del suelo, deben suponer un

avance hacia la incorporacin definitiva del material al mbito de la construccin rural.

El suelo constituye una excelente materia prima para la construccin, es abundante,

econmico y reciclable, excelente para regular el control de las variaciones de la temperatura

ambiental en una habitacin. Mezclado con otros elementos como la fibra provee aislamiento

acstico y trmico, absorbe olores y no es atacado por el fuego. (Vlez, 2000)

En aquellos sitios de clima lluvioso como es el caso de la IX regin de la Araucana,

donde el secado tradicional de la mezcla es utilizando el calor del sol, para ste caso, es un

problema la forma de eliminar el agua de la mezcla, es por esto que para la regin se deriva hacia

la tierra comprimida.

En la actualidad presenciamos un resurgimiento del uso del suelo, como los casos de

algunos pases Latinoamericanos y Europeos. En muchas zonas se han redescubierto sus ventajas

como material de construccin de bajo costo o sin costo alguno. A medida que las tecnologas y

los resultados lo permiten poco a poco se est ganando un puesto importante en procesos

constructivos y arquitectnicos de viviendas, incluso en edificios de no ms de 3 pisos.

Existen una extensa gama de aplicaciones a travs del uso de la mezcla efectuadas en

tiempos modernos en pases latinoamericanos, los con mayor aplicacin son Colombia, Costa

Rica y Hondura (Vlez, 2000). Para el estudio que se realizara en este trabajo de ttulo, se basara

principalmente en los usos y aplicaciones realizadas en Colombia, ya que fue este el pas

precursor de los Bloques de Tierra Comprimida..

Desde hace al menos 40 aos se utiliza en Colombia la tecnologa de tierra comprimida

usando un equipo de fcil manejo para la construccin de viviendas de bajo costo de uso popular.

Este conocimiento tecnolgico ha sido largamente divulgado por institutos de investigacin a

travs de diversos tipos de publicaciones (Vlez, 2000)


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En Espaa se conoce y utiliza desde hace siglos la tecnologa de tierra comprimida bajo la

denominacin de tapia, ejemplo de esto es la Casa Pinariega que est situado en el pueblo

abandonado de Navapalo como muestra la figura 2.1. Esta variante, que incorpora cal a la

mezcla, opera basndose en el uso de moldes modulares de madera denominados "tapiales" que

permiten construir paos de paredes con material comprimido (ajustndose previamente al anchodeseado) y que luego se solapan en bordes angulados para lograr su unin definitiva.

Tradicionalmente se identifican dos tipos de tapia: la tapia real que incorpora cal en la mezcla y

la tapia comn que opera basada en la mezcla nicamente. La materia prima utilizada en la

construccin de tapia y, en general, de todos los sistemas constructivos que hacen uso de suelo,

debe ser cuidadosamente cernida a objeto de eliminar impurezas vegetales que, al pudrirse,

pueden originar cavidades y deformaciones en el interior del producto acabado. Igualmente,

deben eliminarse piedras pequeas cuando su tamao afecte las condiciones de coherencia de la

pasta del material a ser producido.

Figura 2.1 Casa Pinariega en Navapalos, Soria.


21/176



En los ltimos aos, la actualizacin de la tecnologa de tierra comprimida en lo relativo a

sus aspectos ingenieriles y de mecanizacin, incorporando tcnicas y maquinaria moderna a su

proceso de construccin, ha contribuido poderosamente a su reincorporacin competitiva en el

mundo de las tecnologas de construccin. Abanderadas en la recuperacin de dicha tecnologa

figuran, al igual que en adobe, los pases de Nueva Zelanda y Australia. (Vlez, 2000)

Las tecnologas tradicionales de la mezcla de uso ms divulgado pueden resumirse segn

el siguiente esquema:

Figura 2.2 Esquema de las tecnologas con suelo ms tradicionales. (Vlez, 2000)

El estudio o investigacin presentada en este trabajo de ttulo tiene como finalidad

entregar un indicio del comportamiento y caracterizacin de los Bloques de Tierra

Comprimida,dejando a un lado las otras tecnologas con suelo como son el Adobe (estabilizado,

semi-estabilizado y no estabilizado) as como tambin los baharenque usados principalmente en

costa rica o en las reas caribeas. Por esto, se considera un estudio de carcter exploratorio,

basado en la hiptesis sobre la viabilidad de construir bloques con material local, cumpliendo con

todos los estndares de calidad y ensayos exigidos por las normativas chilenas con respecto a los

ladrillos cermicos.


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Con los Bloques de Tierra Comprimida se pueden construir muros o paredes, usando el

mismo procedimiento constructivo que los ladrillos fiscales. Para lograr dichos bloques se utiliza

la sencilla y prctica tecnologa de la mquina prensa, una de la ms utilizada es la CINVA-

RAM, diseada en 1956 por el ingeniero chileno Ral Ramrez, del centro Interamericano de

vivienda (CIMVA), Bogot, Colombia. (Manual BTC, 2006)

Contextualizando todo lo presentado anteriormente a la IX regin de la Araucana, se

pretende mostrar a travs del presente trabajo de ttulo el estudio para el desarrollo de Bloques de

Tierra Comprimida a travs del uso de suelo local.

2.2Conceptos.

2.2.1

Suelos de Cenizas Volcnicas del Sur de Chile.

Es importante consideras que Chile es considerado como tierra de volcanes. El depsito

de cenizas por la actividad volcnica ha formado en gran parte el relieve nacional. Estas cenizas

se presentan con morfologa distintas, dependiendo del tiempo, la forma de depositacin, y el

medio en el cual se depositan. Presenta una estructura que al descomponerse genera partculas

denominadas alofanes e imogolitas, estas a su vez son inestables ante factores fsicos y qumicos,

al pasar del tiempo se transforman en arcillas bien cristalizadas.

Los suelos alofanicos existen desde Talca a la Isla de Chilo, con frecuencia se encuentra

mezclado con bolones y arenas, para que sea considerado como alofanico debe contener

partculas de alofan e imogolita en fraccin de arcilla que nacen de la alteracin de las partculas

de vidrio volcnicos.

Existen dos tipos de suelos volcnicos, los no alterados (arenas y pumacitas) y alterados

(trumao, adis, pardo arcilloso y rojo arcilloso). La zona climtica que posee la capacidad de

alterar los depsitos de cenizas volcnicas se encuentra bsicamente en la zona sur de chile

(zonas hmedas).

Considerando lo anterior, es necesario caracterizar la mineraloga de este tipo de suelo, ya

que es el de mayor proporcin en la IX regin. Al tener claro la composicin del suelo utilizado

ser ms fcil la bsqueda de algn estabilizante.


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2.2.2 Mecnica de Suelos.

El Suelo Como Sistema de Partculas.

El suelo es intrnsecamente un sistema de partculas. Esta es la propiedad bsica que

distingue la mecnica de suelo de la mecnica de slidos y fluidos. La deformacin general de

una masa de suelo ser, en parte, el resultado de las deformaciones individuales y, en parte, la

consecuencia del deslizamiento relativo entre partculas. Cuanto ms permeable sea un suelo,

mayor caudal de agua circular para un determinado exceso de presin. (Lambe, 2009)

Si el recipiente es de paredes rgidas, el suelo normalmente disminuir de volumen al

aumentar la carga. Esta disminucin de volumen se produce debido a que las partculas se van

encajando, acortando su distancia. Si se retira la carga aplicada, la masa de suelo aumentar devolumen a travs de un proceso inverso que supone una redistribucin de las partculas, Este

proceso de aumento de volumen se denomina expansin o hinchamiento. (Lambe, 2009)

Comportamiento de la Fase Intersticial: Interaccin Qumica.

Los espacios que quedan entre las partculas de suelo se denominan vacos, huecos, poros

o intersticios. Estos poros suelen estar ocupados por aire y/o agua. As pues, el suelo es

intrnsecamente un sistema de varias fases, formado por una fase mineral denominada esqueleto

mineral ms una fase fluida. Los elementos de la fase intersticial influyen en la naturaleza de las

superficies minerales, por tanto, afectan a los procesos de transmisin de fuerzas en el punto de

contacto entre partculas. Esta interaccin entre fases se denomina interaccin qumica. (Lambe,

2009)

Influencia de la Compactacin Sobre las Propiedades Mecnicas.

El aumento de la energa de compactacin reduce la permeabilidad, ya que aumenta el peso

especfico seco y, por tanto, disminuye los vacos disponibles para el flujo de agua, aumentando

la orientacin de las partculas. (Lambe, 2009)


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Influencia de la Compactacin Sobre la Estructura del Suelo.

Para una energa de compactacin y un peso especfico seco dados, el suelo tiende a estar ms

floculado cuando la compactacin se hace del lado seco que cuando se pasa al lado hmedo. Para

una determinada humedad de amasado, el aumento de la energa de compactacin tiende adispersar el suelo. (Lambe, 2009)

Las estructuras de suelo, al aumentar la humedad tienden a aumentar las repulsiones entre

partculas, permitiendo as una reorganizacin ms ordenada de las mismas con una cierta

cantidad de energa. El aumento de la energa de compactacin para una humedad dada tiende a

ordenar las partculas con una distribucin aproximadamente paralela. (Lambe, 2009)

2.2.3 El Suelo como Material de Construccin.

El suelo como material de construccin, es utilizado preferentemente para rescatar una

tradicin que por aos han tenido varios pases. En el caso de Chile recuperar el aprovechamiento

de los recursos del suelo dejados de lados hace varios aos.

Las potencialidades del suelo como material de construccin son innegables, como por ejemplo

(Caas & Fuentes):

1. Fcil integracin de las construcciones en el paisaje (Bajo impacto visual).

2. Material abundante y barato (Puede reincorporarse el suelo procedente de

excavaciones y obras de acondicionamiento, evitando costos de transporte a vertedero y

reduciendo los problemas que ocasiona su depsito).

3. Carcter reciclable del material, pues se reduce fcilmente a su estado original tras

el derribo del edificio, sin producir residuos de carcter industrial.4. La produccin es simple y requiere bajos recursos tecnolgicos, lo que hace este

tipo de construccin accesible incluso para economas muy modestas.

5. El proceso de produccin del material es limpio y requiere bajos consumos de

energa.


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6. El material presenta buenas caractersticas como aislante trmico frente a otros

materiales de construccin de uso frecuente.

Durante el transcurso de los aos el suelo como material de construccin ha generado

mucha expectativa, desde satisfacer las necesidades de familias en construcciones de viviendasmodestas, hasta deleitarnos con majestuosos monumentos como pirmides, fortalezas, mezquitas,

catedrales o palacios.

Una de las principales recomendaciones que hacen los expertos para empezar a construir

con suelos, es realizar un estudio a partir de la toma de muestras. Hay que tener en cuenta que

los suelos estn formados por cuatro elementos: gravillas, arenas, limos y arcillas. El

comportamiento de cada uno de ellos vara segn las mezclas y el tipo de humedad que se

presente, por eso se aconseja utilizar las pobres en materias orgnicas y rechazar la tierra vegetal

rica en materia orgnica.

2.2.4 Beneficios de la Tierra Comprimida.

La tierra comprimida posee una muy elevada masa trmica (es decir, habilidad para

almacenar calor). En las zonas de clima fro como en el caso de la parte sur de Chile, esto

constituye un invaluable recurso en los diseos de sistemas pasivos de energa solar. Durante el

invierno, la pared construida con Bloques de Tierra Comprimida acta como un acumulador de

energa calrica a los rayos del sol, que luego irradia al interior de la edificacin compensando el

incremento de frio en la temperatura ambiental y actuando como un regulador climtico en la

edificacin. (Vlez, 2000)

Otros beneficios es el uso del suelo como recurso afn al ambiente; bajo mantenimiento;

solidez y sentido de estabilidad y permanencia derivado de la forma construida; ambiente

saludable interno; ahorros y economas en cuanto a la administracin del sistema de aireacondicionado de la edificacin; adecuada proteccin climtica, paredes contra incombustibles y

proteccin a la penetracin de insectos a su interior.


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2.2.5 Bloques de Tierra Comprimida (BTC).

Pieza para fbrica de albailera, generalmente con forma de paraleleppedo rectangular,

obtenido por compresin esttica o dinmica de suelo hmedo, seguida de un desmolde

inmediato y que puede contener estabilizantes o aditivos para alcanzar o desarrollar las

caractersticas particulares de los productos. (Norma UNE sobre BTC, 2007)

En definitiva es el producto resultante de la mezcla de suelo como materia prima, agua y

eventualmente estabilizante en proporciones adecuadas, que se somete a compresin en una

mquina con el fin de obtener bloques con altas densidades, y que luego es sometido a un proceso

de curado para que se produzca su endurecimiento efectivo. Estos bloques tienen buena

resistencia a la compresin, tienen la posibilidad de un inmediato almacenamiento, y se pueden

fabricar de formas especiales; con huecos, bloques a encajar, desages, tejas, entre otros.

De acuerdo a distintos criterios, la NCh169 establece una clasificacin para los ladrillos

cermicos de fabricacin industrial (hechos a mquina), segn su tipo, clase y grado. Para el caso

de los BTC los bloques son clasificados como tipo I, clase MqM y grado 1.

Esta tecnologa tradicional, se distingue que para la construccin de los bloques su masa es

sometida a una presin o prensado que reduce el nivel de humedad en la mezcla as como

tambin la posibilidad de penetracin futura de la misma, la prensa utilizada puede ser accionadade forma manual o mecnica. Una vez que la mezcla adopta la forma de bloque, la tierra

comprimida se utiliza preferencialmente para la construccin de muros o paredes. La tecnologa

de tierra comprimida ha sido utilizada en obras tan gigantescas y perdurables como la Gran

Muralla China.

Se pueden establecer dos tipos de Bloques de Tierra Comprimida:

BTC ordinario: Bloque utilizado para construir las partes macizas de fbricas dealbailera.

BTC accesorio: Bloque cuya forma o estructura interna es diferente a la del bloque

ordinario y que es utilizado para la ejecucin de encuentros particulares de albailera

como armados verticales, dinteles, etc.


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2.2.6 Partes Constituyentes de los BTC.

Para la fabricacin de Bloques de Tierra Comprimida, se necesita de partes constituyentes

en proporciones diferentes:

Suelo + Estabilizante + Agua + Compresin = BTC

Suelo.

El suelo es una mezcla variable de materiales slidos, lquidos y gaseosos, y que sirve de

soporte y fuente de nutrientes a las plantas. Es la parte superficial de la corteza terrestre,

biolgicamente activa, que tiende a desarrollarse en la superficie de las rocas emergidas por la

influencia de la intemperie y de los seres vivos (meteorizacin).

Los suelos son sistemas complejos donde ocurren una vasta gama de procesos qumicos,

fsicos y biolgicos que se ven reflejados en la gran variedad de suelos existentes en el planeta

tierra. Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular, algunos de

estos son la deposicin elica, sedimentacin en cursos de agua, meteorizacin, y deposicin de

material orgnico.

Es considerado como el material bsico que interviene en mayor proporcin en la

conformacin del bloque. Es necesario realizar estudios previos para saber que suelo se va a

utilizar, debera tener una constitucin tal que requiera el menor contenido de estabilizante.

Debemos desechar la capa superficial que posee restos orgnicos. Es preferible la capa que est

por debajo de 30 a 60cm segn el terreno. (Manual BTC, 2006)

Los componentes del suelo son: arena (grano grueso sin cohesin), limo (grano fino sin

cohesin) y arcilla (grano fino con gran cohesin). Las arcillas son el aglutinante natural de las

partculas ms grandes, y los limos y las arenas conforman el esqueleto resistente que soportan

las cargas y evitan la fisuracin. Si tenemos exceso de arena el bloque puede deshacerse al

desmoldarlo. Si el porcentaje de arcilla es excesivo el bloque se pega al molde y al tratar de

desmoldarlo se desprenden pedazos de las caras del bloque o incluso puede llegar a romperse.

Esto mismo sucede cuando hay un exceso de humedad en la mezcla. La proporcin ptima de

cada uno de ellos se podra establecer de la siguiente manera:


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Tabla 2.1 Proporcin optima de los componentes del suelo. (Manual BTC, 2006)

Arcilla 5% a 35%

Limo 0% a 20%Arena 40% a 80%

Tabla 2.2 Porcentaje que pasa segn el tamiz a utilizar. (Manual BTC, 2006)

Tamiz Porcentaje que pasa

N4 (4,8 mm) 100%N40 (0,42 mm) 70% - 15%

N200 (0,075 mm) 50%10%

Tabla 2.3 Rangos aceptables de ensayos. (Manual BTC, 2006)

Lmite Lquido < 45 %

ndice de Plasticidad < 18 % (IP < 15% - 20 %)

PH del Suelo < 5,4

Porcentaje de Materia

Orgnica

< 2 %

NOTA: Considerando los rango entregados en la tabla 2.3, se recomienda la utilizacin de suelos

clasificados como CL, CLML o ML, segn el sistema de clasificacin de suelo USCS.


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Estabilizante.

El concepto de estabilizacin de suelos nace a partir de la necesidad de mejorar las

propiedades naturales de un determinado suelo, para lograr que ste cumpla condiciones

impuestas o requeridas, por un proyecto en particular.

Son muchos los procedimientos que pueden adoptarse para lograr una mejora de las

propiedades de los suelos, con vistas a hacerlos apropiados para algn uso especfico, lo que

constituye la estabilizacin. La siguiente lista de tipos de procedimiento no agota seguramente el

tema, aunque rene los ms comunes (Pea, 2003):

Estabilizacin por medios mecnicos, de los que la compactacin es la ms conocida.

Estabilizacin por drenaje, particularmente usada con fines viales.

Estabilizacin por medios elctricos, de los que la electrsmosis y la utilizacin de pilotes

electrometlicos son probablemente los mejor conocidos.

Estabilizacin por empleo de calor y calcinacin, este es el principio utilizado para la

fabricacin de ladrillos de arcilla.

Estabilizacin por medios qumicos, generalmente lograda por la adicin de agentes

estabilizantes especficos, como el cemento, la cal, el asfalto u otros.

La gran variabilidad de los suelos y sus composiciones hacen que cada mtodo resulte slo

aplicable a un nmero limitado de tipos de ellos, se destaca la estabilizacin por medio

mecnicos y por medio qumicos para suelos arcillosos.

Frecuentemente ser posible utilizar tratamientos que mejoren simultneamente varias de esas

propiedades, pero tambin debe estarse preparado a encontrar evoluciones contradictorias en la

lista, de manera que el mejoramiento de una propiedad del suelo signifique el deterioro de otra u

otras. No debe verse a la estabilizacin slo como una medida correctiva; algunos de los mejoresusos de estas tcnicas representan ms bien medidas preventivas contra condiciones adversas

susceptibles al desarrollo.


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El cemento como estabilizante qumico acta principalmente sobre las arenas y las gravillas,

como en el hormign, y los mejores resultados se obtendrn con las tierras arenosas. De hecho es

intil, casi nefasto, utilizarlo en tierras muy arcillosas (> 20 %). Por eso el ndice de plasticidad

debe ser bajo: de 15 % a 20 %. Para tierras arcillosas (20 a 40 % y hasta 70 % con IP de 18% a

30 %) el estabilizante adecuado es la cal. (Manual BTC, 2006)

Agua.

Cuando se habla de agua se refiere a la sustancia en suestadolquido, pero la misma

puede hallarse en su formaslida llamadahielo,y en formagaseosa denominadavapor.

La cantidad de agua a agregar a la mezcla depender del contenido natural de humedad

que posea el suelo a utilizar. Lo correcto es guiarnos por el contenido de agua ptimo, que es

determinado por la prueba de Proctor, que nos indica la humedad ptima de compactacin de un

suelo, aquella que nos permite alcanzar la densidad ms elevada, es decir, los bloques ms

pesados. (Manual BTC, 2006)

Compresin.

La compresin o compactacin de suelo, es un proceso artificial por el cual las partculas

de suelos son obligadas a estar ms en contacto las unas con las otras, mediante la eliminacin de

espacios vacos de la mezcla, esto se logra mediante la utilizacin de medios mecnicos, los

cuales provocan un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles.

La compresin se realiza con una prensa. Las dimensiones y formas de los bloques sern

de 7x14x29cm y dependern de las medidas del molde a utilizar. Los bloques huecos permiten

alivianar el bloque y alojar armaduras de hierro o caa, para el caso de este trabajo de ttulo no

presentara huecos ya que se desea comparar con ladrillos cermicos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hielohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Hielohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia


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2.2.7 Mezcla.

El suelo por si solo es muy difcil de utilizar para la confeccin de bloques, es por esta

razn que es necesario transformarlo en una mezcla, que es una combinacin semilquida

deagua y suelo compuesto por sedimentos, partculas de polvo yarcilla, logrando obtener una

mezcla pastosa que facilitar la modelacin del bloque. Los depsitos de la mezcla se endurecen

con el paso del tiempo hasta convertirse en prcticamente una roca, que se forma por una

acumulacin de sedimentos y que a travs de procesos fsicos y qumicos dan lugar a un material

ms consistente. La mezcla presenta caractersticas y propiedades distintas a la del suelo por s

solo, entregando una serie de fortalezas y debilidades (Vlez, 2000):

Fortalezas en el Uso de la Mezcla.

Independencia y Disponibilidad: Un factor importante a favor del uso de la mezcla es

su independencia y la abundancia, disponibilidad y uso de su materia prima con fines de

participacin comunitaria y de su uso por mano de obra no especializada.

Trabajabilidad: En el caso de la mezcla con la cual se fabrican los bloques, unos de

los principales beneficios que presenta es la facilidad para cortarlo, tornearlo y ajustarlo

dimensionalmente.

Insonorizacin y Climatizacin: El uso de la mezcla en construccin representa un

buen aislante acstico. Considerando que la IX regin de Chile presenta diferencias

marcadas del da y la noche en la temperatura ambiental exterior, puede ser calificado

como un buen aislante trmico, las paredes construidas con suelo actan como un

regulador ambiental en materia de climatizacin interna.

Sentido Ambientalista: Desde el punto de vista de la creciente conciencia

ambientalista que caracteriza a la arquitectura actual, la mezcla se agrupa con las

tecnologas ambientalmente correctas en razn de su auto reciclaje.
http://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttp://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttp://es.wikipedia.org/wiki/Agua


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Debilidades en el Uso de la Mezcla.

Una vez fabricados los bloques, la idea es construir con los mismos, pero el uso de estas

es especialmente vulnerable al deterioro y ameritan de atencin y mantenimiento. Esto por

supuesto depende en mucho del grado de estabilizacin y compactacin del material utilizado as

como de sus condiciones originales.

Otra debilidad es, hasta ahora, la baja popularidad que disfruta en el campo de

mecanizacin industrial de sistemas constructivos en razn de su excesiva dependencia en labor

manual, lo cual tiende a encarecer los servicios de su produccin profesional.

2.2.8

Prensa.

Es la maquina que se utilizar para compactar la mezcla, de esta manera se logra obtener

las dimensiones que se necesita y a su vez eliminar la humedad contenida sin la necesidad de

utilizar el sol o un horno para su extraccin.

Hoy en da existen numerosos tipos de prensas pero una de las ms conocidas es la

denominada CINVARAM como muestra la figura 2.3. Es una mquina porttil, que opera sin

requerir alimentacin de energa elctrica y que es accionada por un operador humano, llegando apermitir una produccin de tipo artesanal en el lugar donde sern utilizados los bloques.

El uso del equipo Cinva-Ram implica duro esfuerzo fsico, para operarlo debe primero

maniobrarse el marco metlico que la rodea de modo que permita abrir el tope de la caja y vaciar

dentro de ella la tierra debidamente preparada. Una vez hecho esto, se cierra de nuevo la tapa y se

inclina con fuerza la larga barra metlica que posee para producir un efecto de prensado manual

sobre el material contenido en el molde.

Para este trabajo de ttulo al no tener acceso a una Cinva-Ram, se utilizar una prensa

hidrulica para realizar la compactacin de la mezcla como se muestra en la figura 2.3.


33/176



Figura 2.3 Tipos de prensas para aplicacin de cargas: CinvaRam e hidrulica.

2.2.9

Curado.

Posterior al prensado de la mezcla viene el perodo de endurecimiento del bloque, deber

asegurarse que el proceso de curado se realice tomando las medidas adecuadas, es importante

considerar que el proceso de curado para Bloques de Tierra Comprimida no est normalizada, es

por esta razn que para realizar este procedimiento se basara en lo desarrollado para el curado del

hormign.

El curado es el proceso de mantencin de un adecuado contenido de humedad y de

temperatura que se inicia inmediatamente despus de confeccionado el bloque. Su objetivo es que

se mantenga el agua para que el estabilizante de la mezcla contine hidratndose y que la

temperatura no afecte la resistencia temprana antes de servicio, para que el bloque pueda

desarrollar las propiedades de resistencia y durabilidad para las que fue diseado. El lapso de

tiempo requerido para realizar el curado depender de la resistencia necesaria del bloque para

resistir solicitaciones de uso y del medio ambiente.


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El curado por aportacin de humedad podr sustituirse por la proteccin de las superficies

mediante recubrimientos plsticos u otros tratamientos adecuados para mantener la humedad,

siempre que tales mtodos, especialmente en el caso de masas secas, ofrezcan las garantas que se

estimen necesarias para lograr, durante el primer perodo de endurecimiento, la retencin de la

humedad inicial del bloque. Hay que mantenerlos protegidos del sol y del viento.

2.2.10 Ventajas de los Bloques de Tierra Comprimida.

Al momento de optar en utilizar el suelo como material de construccin es necesario tener en

claro las ventajas presentes en los Bloques de Tierra Comprimida, de la cuales se pueden

mencionar (Manual BTC, 2006):

Los bloques presentan una forma regular y aristas vivas.

La elevacin de densidad por compactacin mejora la resistencia a la compresin, a la

erosin y a la accin nefasta del agua.

El costo del material en este caso el suelo es nula y no requiere gastos de transporte o

energa para su fabricacin.

La fabricacin de los bloques se puede realizar en el mismo lugar en donde se construirla vivienda, sea en el medio rural o urbano, no requiere mano de obra especializada por lo

que pueden ser realizados por los propios interesados, generando como consecuencia

mayor economa.

La posibilidad de escalonar la produccin en un largo perodo de tiempo.

Disminucin de fisuras en el muro ya que la contraccin se efecta durante el secado en

cada bloque.

Mayor flexibilidad en el diseo arquitectnico y en la construccin.

La terminacin superficial lisa de los bloques y de la mampostera resultante no hacen

necesario la ejecucin de revoques lo que implica menores costos.

Pueden aplicarse pinturas directamente sobre la superficie no revocada.


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El costo de la mampostera de suelo es un 50 % menos que la de ladrillo cermico o

bloques de hormign, sin considerar los gastos de fletes.

La resistencia o aislamiento trmico de un muro de tierra comprimida es mayor que la del

ladrillo cermico y ms an que la del bloque de hormign.

2.2.11 Caractersticas de los Bloques de Tierra Comprimida.

Los bloques deben presentar caras lo ms planas posibles, sin agujeros y con una

distribucin pareja de los granos; si las superficies recibirn revoques pueden presentar cierta

rugosidad, pero si no se revocan deben ser lisas. Los bloques deben cumplir con lo sealado en la

tabla 2.4.

Tabla 2.4 Especificaciones mnimas de los bloques a los 7 das. (Manual BTC, 2006)

Caracterstica Promedio Valores Individuales

Resistencia a la compresin > 2Mpa (20 kg/cm ) > 1,7Mpa (17kg/cm )

Absorcin de agua < 20% < 22%

El peso mnimo seco del bloque debe ser 6,32kg, lo que supone una densidad de

1700kg/m3. El peso seco aconsejado sera de 7,43kg por bloque que corresponde a una densidad

de 2000kg/m3. Al momento de desmoldar los bloques el peso mnimo es de 6,95kg con una

densidad de 1870kg/m3, siendo lo aconsejado un peso de 8,18kg para lograr una densidad de

2200kg/m3. (Manual BTC, 2006)

Para tomar sus dimensiones, las caras y aristas del bloque deben estar lo ms perfecta que

se pueda, es por esta razn que se debe cuidar el proceso de desmolde para no daar al bloque.

Generalmente dependiendo del estado de compactacin del bloque en conjunto con la humedad

adquirida hace que el bloque sea ms o menos fcil de romper, preferentemente en sus esquinas.

Es importante obtener un bloque integro a nivel fsico para su posteriores ensayos.


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2.2.12 Caractersticas de los Ladrillos Cermicos Artesanal

Segn los antecedentes de la norma espaola UNE-BTC, tomando en consideracin la no

existencia de su similar en Chile, se debe hacer referencia a los ladrillos artesanales.

La norma de albailera confinada, requisitos de diseo y calculo (NCh2123), establece

los requisitos que deben cumplir las unidades de ladrillos cermico artesanales que se utilizan en

albailera confinada, o para uso no estructural.

Las unidades de ladrillos cermicos artesanales son producidas en forma manual, o con

maquinaria elementales que no prensa la masa arcillosa.

Tabla 2.5 Especificaciones mnimas para ladrillos cermicos artesanales. (NCh2123)

Caracterstica Valores individuales

Resistencia a la compresin 4,0Mpa (40,70kg/cm )

Absorcin de agua 22%

Adherencia 0,18Mpa (1,84kg/cm )

2.2.13 Metodologa Estadstica.

Matriz Taguchi.

La parte fundamental de esta metodologa ideada por el matemtico japons G. Taguchi es laoptimizacin de productos y procesos, a fin de asegurar productos robustos, de alta calidad y bajo

costo.


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La metodologa Taguchi consta de tres etapas:

Diseo del sistema.

Diseo de parmetros.

Diseo de tolerancias.

De estas tres etapas, la ms importante es el diseo de parmetroscuyos objetivos son:

1. Identificar qu factores afectan la caracterstica de calidad en cuanto a su magnitud y en

cuanto a su variabilidad.

2. Definir los niveles ptimos en que debe fijarse cada parmetro o factor, a fin de

optimizar la operacin del producto y hacerlo lo ms robusto posible.

3. Identificar factores que no afectan substancialmente la caracterstica de calidad a fin de

liberar el control de estos factores y ahorrar costos de pruebas.

Para lograr las 3 etapas, Taguchi ha propuesto una alternativa que se conoce como: Arreglos

Ortogonales y las Grficas Lineales. La herramienta utilizada normalmente son diseos

factoriales fraccionados, sin embargo cuando el nmero de factores se ve incrementado, las

posibles interacciones aumentan, as como la complicaciones para identificar cules son las

condiciones especficas a experimentar.

Un arreglo ortogonal se puede comparar con una replicacin factorial fraccionada, de manera

que conserva el concepto de ortogonalidad y contrastes. Taguchi desarroll una serie de arreglos

particulares que denomin:

LABC

DondeA: Representa el nmero de pruebas o condiciones experimentales que se tomarn. Esto es el

nmero lneas.

B: Representa los diferentes niveles a los que se tomar cada factor.

C: Es el nmero de efectos independientes que se pueden analizar, esto es el nmero de

columnas.


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Anlisis de Varianza (ANOVA).

El anlisis de la varianza (ANOVA) es una potente herramienta estadstica, de gran utilidad

tanto en la industria, para el control de procesos, como en el laboratorio de anlisis, para el

control de mtodos analticos, etc. Los ejemplos de aplicacin son mltiples, pudindose

agrupar, segn el objetivo que persiguen, en dos principalmente: la comparacin de mltiples

columnas de datos y la estimacin de los componentes de variacin de un proceso.


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CAPTULO3.METODOLOGA.


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Captulo 3. Metodologa.


3.1Generalidades.

El estudio para el proceso y desarrollo de Bloques de Tierra Comprimida a travs del uso

de suelo de origen local, se basa en las especificaciones y caractersticas de las partes

constituyentes que dependiendo de su proporcin y cualidad se lograra obtener el resultadoptimo para la regin. Es de gran importancia lograr una dosificacin adecuada y optima para de

esta manera obtener comportamientos unitarios superiores a los materiales usados actualmente

en la construccin como los ladrillos cermicos por ejemplo. Deben ser definida de acuerdo a los

mtodos de ensayos y dems procedimientos referenciados.

Los criterios de conformidad dados en el presente captulo, se refieren a los ensayos y

partes constituyentes, los cuales estn definidos en las normas de ensayo de mecnica de suelos y

otros que se referencien, como la NCh167. Conviene destacar que los mtodos de ensayo no son

siempre aplicables a todos los Bloques de Tierra Comprimida como los bloques accesorios. Para

la evaluacin de la produccin, se debe definir el criterio de conformidad basados en los

resultados obtenidos de los ensayos.

Se considera una investigacin en la cual se explorar y se describir procedimientos para

desarrollar Bloques de Tierra Comprimida basado en la posibilidad de ser usado como material

en edificacin. Existen dos grandes formas de utilizar el suelo en edificacin, como material

monoltico y como unidades de albailera, las cuales son destinadas a la construccin de muros

preferentemente, dependiendo de la resistencia que alcance los bloques pueden o no ser

estructurales. Para efectos de la investigacin, se fabricaran bloques de suelo proveniente de

Huichahue, para de esta manera evaluar el comportamiento de este material.

Los bloques se elaboraran con igual mtodo de dosificacin, y un determinado mtodo de

fabricacin para cada bloque utilizado en el estudio. Considerando estas premisas se investigarla variacin en las resistencias y propiedades fsicas, para esto se elaborar una mezcla patrn sin

ningn tipo de adiciones. Tambin se observar las variaciones de acuerdo al mtodo de

fabricacin y al tipo de estabilizante utilizado.


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Para analizar los Bloque de Tierra Comprimida como material monoltico, se realizara

segn lo dispuesto en la NCh167, en la cual los bloques sern sometidos a los siguiente ensayo:

Resistencia a la compresin.

Absorcin de agua. Succin.

La investigacin pretende dar una mayor nfasis al estudio de los Bloques de Tierra

Comprimida por sobre la utilizacin de este material en forma monoltica, por esta razn se

fabricar un mayor nmero de bloques, con un mayor nmero de variables, sin excluir la

importante informacin que puedan entregar los ensayos realizados a los bloques.

En el presente captulo se describir todo el proceso de produccin de los Bloques de

Tierra Comprimida y las razones por las que se ha decidido tales procedimientos. As mismo, se

ir ilustrando con fotografas los momentos interesantes del proceso.

La utilizacin de suelos como material de construccin, ya sea como adobe o bloques,

actualmente no es comn en Chile, por consiguiente, no existe una normativa que permita

clasificarlos, establecer requisitos y fijar criterios de diseo para definir el tipo de albailera.

Para efectos del estudio que aborda la presente tesis es posible hacer extensible las

exigencias de las normas chilenas de albaileras y ladrillos cermicos, a unidades de albailera

de BTC, basndose en las propiedades que estas evalan, asociados al diseo, y a los materiales

utilizados, adems de los estrictos estndares de calidad fijados por la normativa chilena.


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3.2Materiales e Equipos a Utilizar.

3.2.1 Caracterizacin de los Materiales.

Antes de comenzar a realizar la serie de bloques, segn las variables y muestras

estipuladas, es necesario realizar pruebas a las partes constituyentes, para de esta forma lograrobtener la mejor dosificacin y caractersticas monolticas del bloque, alcanzando de esta manera

que los resultados obtenidos de los ensayos a bloques en forma individual sean la base para este

trabajo de ttulo.

Suelo.

El suelo destinado a la construccin de Bloques de Tierra Comprimida designa el material

compuesto esencialmente por suelo arcilloso, mezclado con agua y un estabilizante.

Para lograr obtener bloques con buenas caractersticas de cohesin, se selecciono suelo de

Huichahue, una vez que se observo sus comportamientos frente a los ensayos preliminares y

preferentemente por su bajo contenido de materia orgnica, menor al 2%, lo que facilita a los

resultado de densidad aparente que se obtendrn al final de construidos los bloques, frente a estos

resultados, se tomo la decisin de utilizar este suelo como base para el desarrollo de los bloques.

Tcnicamente todo suelo exento de materia orgnica puede ser estabilizado, para asegurar

el cumplimiento de esta condicin, se realizara un anlisis al suelo para determinar el porcentaje

exacto de materia orgnica. Este ensayo fue encargado al Laboratorio del Instituto de

Agroindustria de la Universidad de la Frontera.


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Las principales caractersticas del suelo se definen por:

Lmites de consistencia segn NCh1517/1 y NCh1517/2.

Clasificacin de suelos segn la USCS (ASTM D2487) y AASHTO (MD45-91).

Densidad de partculas segn NCh1532.

Granulometra de suelos segn MC8.102.1 volumen N8.

Humedad segn NCh1515.

Proctor o Relacin Humedad/Densidad segn NCh1534/2.

Estabilizante.

Los BTC a diferencia de los ladrillos cermicos, no son cocidos, y fraguan debido a quecontienen un estabilizante, producto de una reaccin qumica comienza a liberarse el agua

contenida.

Se utilizar como estabilizante la Cal, su eleccin por sobre el uso del cemento u otro

estabilizante fue preferentemente debido al tipo de suelo que se analizar, ya que el suelo de

Huichahue es considerado como arcilloso con un porcentaje casi nulo de arena, esta caracterstica

hace que la utilizacin de la cal presente una mejor estabilizacin para este suelo en particular, no

as el cemento.

De los tipos de cal que se pueden encontrar en el comercio, tanto la cal viva como la cal

hidrulica, la que se utilizar en este trabajo de ttulo ser la CAL HIDRAULICA, como

muestra la figura 3.1.

La cal viva presenta caractersticas de uso peligroso debido que la reaccin que tiene con

el agua se produce en forma acelerada, proceso conocido como apagado de la cal y se endurece o

fragua en contacto con el aire en forma rpida (proceso fsico) por eso recibe el nombre tambin

de area, para el uso de la cal viva es necesario de su apagado previo, una vez apagada se debe

esperar como mnimo 6 meses para su utilizacin. En cambio la hidrulica o hidratada ya viene

apagada, se endurece o fragua en contacto con el agua en forma lenta (proceso qumico) por eso

recibe el nombre de hidrulica.


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La cal viva no puede ser utilizada como xido de calcio porque tiene la excesiva avidez por

el agua, esto se puede comprobar agregndole agua ya que hierve y quema la piel. La cal

reacciona con la humedad alcanzando una temperatura de 90C, es por esto que es recomendado

realizar el apagado en un recipiente de metal. Despus de este proceso la cal se vuelve custica y

puede provocar quemaduras qumicas graves. El uso habitual de la cal es por tanto ya apagada enforma de hidrxido de clcico.

Las formulas qumicas son:

Cal viva calctica: xido de calcio (CaO).

Cal hidratada, apagada, calctica: Hidrxido de calcio, (Ca(OH)2).

La cal viva se obtienes por calcinacin de la piedra caliza, que sometida a temperaturas de

1000C, experimente la reaccin:

CaCO3(piedra caliza) + calorCO2 (anhdrido carbnico) + CaO (cal viva)

La cal viva presenta una gran afinidad por el agua, a cuyo contacto se transforma en

hidrxido, con gran desarrollo de calor durante el proceso, conocido como apagado. (Rubio &

Gmez, 2005).

CaO (Cal Viva) + H2O (Agua)Ca(OH)2(Cal Apagada) + Calor.

Es por esta razn que considerando las caractersticas y el uso que se le quiere dar a los

Boques de Tierra Comprimida se utilizar la cal hidrulica, por el impacto y agresividad que

presenta el uso de la cal viva para el ser humano y por el proceso de apagado que presenta.


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Figura 3.1 Cal hidratada 1 kg marca Puma.

Agua.

Para la confeccin de los Bloques de Tierra Comprimida, el agua que se utilizara ser

potable, la cual cumple con los mismos requisitos exigidos al hormign.

Para determinar los litros de agua a utilizar por muestra es necesario determinar la

humedad del suelo por saco, sacando el promedio de dos humedades obtenidas de puntos

distintos del saco, una vez que se obtiene la humedad del saco se debe compensar con la

humedad que se solicita para 6kg de suelo, estableciendo de esta manera los litros de agua a

utilizar.

3.2.2 Equipos e Implementos.

Los equipos usados para tratar los materiales, construir los bloques y ensayarlos, se

ubican en el Laboratorio de Obras Civiles de la Universidad de la Frontera (LOCUF), la cualessern presentadas a continuacin:

Tamices: Para la separacin del material se utilizaron los tamices de 4,75mm y 2mm,

N4 y N10 respectivamente. Para acelerar los plazos se termino utilizando un harnero de

abertura 4,75mm.


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Chancadora:Utilizada para reducir el tamaos del material llegado al laboratorio.

Horno: A una temperatura constante de 60 C. Usado durante 24 horas para sacar la

humedad natural del suelo para ensayo y tamizado.

Molde de Acero:Molde de acero con capacidad para un bloque. Se dise desmontable

mediante tornillos para evitar la ruptura del bloque al momento de sacarlas del molde,como muestra la figura 3.3 y 3.4.

Balanza digital:De precisin hasta los 0,1 gramos.

Prensa hidrulica:Prensa para ensayar bloques de hormign, la cual ser utilizada para

compactar la mezcla, como muestra la figura 3.5.

Equipos de ensayos:Equipos utilizados para los respectivos ensayos realizados al suelo

antes de fabricado los bloques como lmite de consistencia, proctor, etc.

Herramientas diversas: Combo, porua, pailas, etc.

Moldes de acero

Se modifico el diseo de un molde ya existente en el Laboratorio de Obras Civiles como

se muestra en la figura 3.2, y se envi a fabricar dos moldes de acero con dichas modificaciones a

la maestranza JAAR ubicada camino a Labranza. Las dimensiones interiores de estos moldes

obedecieron a los requisitos establecidos para este trabajo de ttulo, como muestra la tabla 3.1.

Este molde se dise para fabricar Bloques de Tierra Comprimida sin huecos en su

interior, para obtener bloques macizos, se fabrico en placas de acero de 10mm de espesor, debido

a las altas presiones de carga que deba soportar, y que podran ocasionar deformaciones.

Adems, deba permitir un fcil desmolde, por lo que se construyo, con uniones apernadas para

hacerlo completamente desmontable.


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Tabla 3.1 Dimensiones del molde a utilizar.

Largo 29cm

Ancho 14cm

Alto 20cm

Figura 3.2 Molde antiguo presente en LOCUF, utilizado en la tesis de Suelo-Cemento.

Figura 3.3 Diseo del nuevo molde realizado en Sketchup, indicando sus modificaciones.


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Figura 3.4 Molde de acero fabricado en la Maestranza JAAR.

Prensa Hidrulica

Para comprimir la mezcla alojada en el molde se utilizar una prensa hidrulica, la cual es

la misma utilizada para realizar el ensayo de compresin. La presin de compactacin se ejerce

en una sola cara (superior) como muestra la figura 3.5.

La razn por la que se utiliz esta prensa fue la ausencia de una prensa manual parafabricar los bloques, como la Cinva-Ram. Es una ventaja que la prensa tenga un indicador de

carga, ya que de esta manera se tiene claro la carga que se aplicar para comprimir la mezcla, que

es unas de las variables incorporada en este trabajo de ttulo.


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Figura 3.5 Prensa hidrulica con indicador de carga aplicada.

3.3Eleccin del Mtodo de Dosificacin.

Con respecto a una dosificacin a utilizar para la confeccin de los Bloques de Tierra

Comprimida, no existe alguna norma que estipule procedimientos para lograr una dosificacin.

El fin de este trabajo de ttulo es estudiar las diferentes variables y encontrar la

dosificacin con la cual se logre mejores resultados en los ensayos, igual o superior a los ladrilloscermicos. Se realizaran bloques con diferentes proporciones de las variables, de esta manera se

lograra elegir la ptima dosificacin para Bloques de Tierra Comprimida.

En resumen, el mtodo para lograr dicha dosificacin y fabricacin de BTC, consta de:

1.- Ensayo de mecnica de suelo.

2.- Anlisis de proporcionalidad de las partes constituyentes (suelo, agua, cal)

3.- Ensayo de compresin, absorcin y succin.


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3.3.1 Diseo Experimental Mediante el Mtodo Taguchi L934.

Para cumplir con los objetivos se seleccionan como variables de control: Humedad (27, 31,

35%); Curado (7, 14, 21 das); Estabilizante Cal (0, 2, 4%) y Carga aplicada (15, 30, 45 Kg/cm 2).

Para cumplir con un diseo experimental para el estudio de BTC se utiliz la Metodologa

Taguchi, aplicando el arreglo ortogonal L934con 3 replicaciones por punto de diseo totalizando

81 ensayos. Se analiza estadsticamente los datos y se determina la ecuacin terica optimizada

para obtener la mejor combinacin de estas variables de control con el fin de producir un bloque

de ptima calidad.

Consideraciones del estudio:

Variables.

Tabla 3.2 Variables dependientes e independientes en estudio.

Dependiente Independiente

Resistencia Humedad

Absorcin Curado

Succin Estabilizante

Carga Aplicada

Desarrollo del estudio:

Para el estudio experimental se utiliz el mtodo de Taguchi, con el software

QUALITEK-4v_4.75, aplicando el arreglo ortogonal L934 con 3 replicaciones por punto de

diseo, lo cual se observa en la tabla 3.3.


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Tabla 3.3 Arreglo ortogonal L934con 3 replicaciones por punto de diseo.

Matriz Ortogonal L93

Punto de

Diseo

Humedad

(%)

Curado

(Das)

Estabilizante

(%)

Carga

Aplicada(kg/cm2)1 1 1 1 1

2 1 2 2 2

3 1 3 3 3

4 2 1 2 3

5 2 2 3 1

6 2 3 1 2

7 3 1 3 2

8 3 2 1 3

9 3 3 2 1

3.3.2 Proporcionalidad de las Variables.

Para comenzar a fabricar Bloques de Tierra Comprimida es necesario establecer las variables,

n

estudio de bloques de tierra comprimida, btc

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